Pelbagai

Apa itu Pelepasan Elektrostatik: asas ESD

Apa itu Pelepasan Elektrostatik: asas ESD

Pelepasan Elektrostatik atau ESD adalah fakta kehidupan seharian dan sangat penting dalam industri elektronik hari ini.

Bertahun-tahun yang lalu apabila injap termionik / tiub vakum digunakan, ia tidak menjadi masalah, dan walaupun dengan pengenalan transistor, sedikit yang menganggapnya sebagai masalah. Namun ketika MOSFET diperkenalkan, kadar kegagalan mereka meningkat, masalahnya disiasat dan didapati bahawa penumpukan statik cukup untuk menyebabkan lapisan oksida dalam peranti gagal.

Sejak itu kesedaran mengenai ESD meningkat dengan banyak kerana terbukti memberi kesan pada banyak peranti. Sebenarnya banyak pengeluar hari ini menganggap semua komponen sensitif terhadap statik, bukan hanya peranti MOS yang paling terdedah kepada kerosakan.

Akibat pentingnya pengeluar peralatan elektronik ESD menghabiskan ribuan pound untuk memastikan tempat kerja mereka dilindungi daripada kesan statik. Mereka memastikan bahawa produk yang mereka hasilkan tidak mempunyai kadar kegagalan yang tinggi semasa ujian pembuatan, dan dapat menunjukkan kebolehpercayaan yang tinggi dalam jangka masa yang panjang.

Apa itu ESD?

Statik hanyalah penambahan cas antara dua permukaan. Ia timbul apabila permukaan digosok bersama dan ini mengakibatkan lebihan elektron pada satu permukaan dan kekurangan pada permukaan yang lain.

Permukaan di mana cas bertambah boleh dianggap sebagai kapasitor. Caj akan tetap ada kecuali ia mempunyai jalan yang boleh mengalir. Oleh kerana selalunya tidak ada jalan nyata di mana cas dapat mengalir voltan yang dihasilkan dapat tetap berlaku selama beberapa waktu dan ini menimbulkan istilah "elektrik statik".

Namun apabila jalan konduksi ada arus akan mengalir dan cas akan dikurangkan. Terdapat pemalar masa yang berkaitan dengan pembuangan. Rintangan yang tinggi bermaksud arus yang lebih kecil akan mengalir untuk jangka masa yang lebih lama. Rintangan rendah akan menyebabkan pelepasan yang lebih cepat.

Jelasnya tahap voltan dan arus yang dihasilkan bergantung kepada pelbagai faktor. Ukuran orang, tahap aktiviti, objek yang dilancarkan pembuangan, dan tentu saja kelembapan udara. Ini semua mempunyai kesan yang ketara sehingga hampir mustahil untuk meramalkan ukuran sebenar pelepasan yang akan berlaku.

Namun salah satu faktor utama yang mempengaruhi voltan yang dihasilkan adalah jenis bahan yang digosok bersama. Didapati bahawa bahan yang berbeza memberikan voltan yang berbeza. Voltan yang dihasilkan bergantung pada kedudukan dua bahan dalam siri yang dikenali sebagai siri tribo-elektrik.

Siri Tribo-elektrik

Semakin jauh jarak jauh dalam siri ini, semakin tinggi voltan. Yang lebih tinggi dari siri ini akan menerima caj positif, dan yang satu menurunkan cas negatif. Melihat senarai siri tribo-elektrik di bawah ini dapat dilihat bahawa menyisir rambut dengan sisir plastik akan menimbulkan cas positif pada rambut, dan sisir akan dicas negatif.

Siri tribo-elektrik

Cas positif
Kulit
Rambut
Bulu
Sutera
Kertas
Kapas
Kayu
Getah
Rayon
Poliester
Poliena
Pvc
Teflon
Caj negatif

Terdapat banyak cara di mana caj dapat ditingkatkan. Walaupun berjalan melintasi permaidani boleh menimbulkan voltan yang sangat besar. Biasanya ini mungkin menimbulkan potensi 10 kV. Dalam kes buruk, ia boleh menyebabkan potensi tiga kali ganda nilai ini. Malah tindakan melintasi lantai vinil boleh menyebabkan potensi sekitar 5 kV dihasilkan. Sebenarnya sebarang bentuk pergerakan di mana permukaan menggosok bersama akan menyebabkan penjanaan elektrik statik. Seseorang yang bekerja di bangku simpanan menggunakan komponen elektronik dengan mudah menghasilkan potensi statik 500 V atau lebih.


Contoh praktikal ESD

Salah satu contoh menjana caj yang paling biasa dilihat adalah ketika berjalan melintasi bilik. Bahkan kejadian sehari-hari ini dapat menghasilkan voltan tinggi yang mengejutkan. Tegangan sebenar berbeza bergantung pada pelbagai faktor, tetapi anggaran dapat diberikan untuk menggambarkan sejauh mana masalahnya.

Untuk menggambarkan sejauh mana masalahnya, pelbagai contoh diperincikan dalam jadual di bawah:


Kemungkinan voltan ESD disebabkan oleh tindakan seharian
Punca penjanaan cajVoltan yang mungkin dihasilkan (kV) *
Berjalan melintasi permaidani30
Mengambil beg poliena20
Berjalan di permukaan berjubin vinil15
Bekerja di bangku simpanan5

* Ini adalah angka anggaran dan menganggap kelembapan relatif hingga 25%. Apabila kelembapan meningkat, tahap ini jatuh: dengan kelembapan sekitar 75%, tahap statik boleh turun dengan faktor sangat kira-kira 25 atau lebih. Semua angka ini sangat hampir, kerana sangat bergantung pada keadaan tertentu, tetapi mereka memberikan petunjuk besar bagi tahap ESD yang diharapkan.

Walaupun hasil dari ESD kelihatan sangat tinggi, mereka biasanya tidak disedari. Pelepasan elektrostatik terkecil yang dapat dirasakan adalah sekitar 5kV, dan walaupun besarnya debit ini hanya dapat dirasakan sekali-sekala. Sebabnya ialah walaupun arus puncak yang dihasilkan mungkin sangat tinggi, arus hanya bertahan dalam waktu yang sangat singkat dan badan tidak mengesannya kerana cas di belakangnya agak kecil. Voltan sebesar ini dari peralatan elektronik atau elektrik di mana arus boleh menjadi sumber dan lebih lama akan memberi kesan yang jauh lebih besar dan boleh menjadi sangat berbahaya.


Pemindahan statik

Terdapat beberapa cara di mana caj statik dapat dipindahkan ke peranti semikonduktor yang mengakibatkan kerosakan dari ESD. Yang paling jelas adalah apabila mereka disentuh oleh item yang bercas dan konduktif. Contoh yang paling jelas dari ini mungkin berlaku ketika semikonduktor berada di bangku kerja dan seseorang berjalan melintasi lantai dengan menaikkan cas dan kemudian mengambilnya.

Jari yang dicas kemudian memberikan muatan statik dengan cepat ke semikonduktor dengan kemungkinan kerosakan. Alat mungkin lebih berbahaya. Pemutar skru logam lebih konduktif dan akan memberikan cas lebih pantas dan ini menghasilkan tahap arus puncak yang lebih tinggi.

Namun tidak perlu menyentuh komponen untuk menyebabkan kerosakan pada komponen tersebut. Item seperti cawan plastik membawa muatan yang sangat tinggi, dan meletakkan salah satu di dekat IC boleh "mendorong" muatan yang berlawanan ke dalam IC. Ini juga boleh merosakkan peranti semikonduktor. Ikatan yang diperbuat daripada serat buatan manusia juga bahaya ESD kerana ia boleh mengecas dan menggantung dengan mudah di dekat peralatan elektronik yang sensitif.

Mekanisme kegagalan ESD

Terdapat beberapa cara di mana ESD dapat merosakkan komponen semikonduktor. Hasil yang paling jelas dari voltan statik yang sangat tinggi, menimbulkan arus arus puncak yang tinggi yang boleh menyebabkan kebakaran tempatan. Walaupun arus mengalir untuk jangka waktu yang sangat pendek, ukuran ciri minit dalam litar bersepadu bermaksud kerosakan disebabkan sangat mudah. Pautan wayar yang saling bersambung atau kawasan di dalam cip itu sendiri boleh disatukan oleh arus puncak yang tinggi.

Cara lain di mana kerosakan boleh berlaku akibat ESD adalah apabila tahap voltan yang tinggi menyebabkan kerosakan berlaku pada komponen dalam peranti itu sendiri. Ia boleh memecahkan lapisan oksida di dalam peranti menjadikan peranti tidak dapat dikendalikan. Dengan dimensi di beberapa IC yang lebih kecil daripada mikron, tidak menghairankan bahawa voltan yang agak rendah boleh menyebabkan kerosakan.

Walaupun kerosakan dari ESD dapat memusnahkan peranti dengan serta-merta, mereka juga dapat membuat apa yang disebut kegagalan laten. Ini berlaku kerana ESD tidak memusnahkan peranti sepenuhnya, tetapi kerosakan yang disebabkan hanya melemahkannya, sehingga berisiko gagal di kemudian hari. Kecacatan pendam ini biasanya tidak dapat dikesan. Hasilnya adalah bahawa tahap kebolehpercayaan secara keseluruhan dikurangkan, atau (lebih banyak lagi untuk peranti analog) prestasi mungkin merosot. Kegagalan laten yang disebabkan oleh ESD boleh menjadi sangat mahal kerana pembaikan semasa item dalam perkhidmatan jauh lebih mahal daripada membetulkan item yang gagal di kilang. Sebabnya adalah bahawa juruteknik pembaikan biasanya perlu membaiki barang di lokasi, atau perlu dihantar ke kemudahan pembaikan.

Kegagalan laten mungkin disebabkan apabila interkoneksi sebahagiannya disatukan oleh ESD. Selalunya bahagian konduktor telah hancur oleh pelepasan statik sehingga menyebabkannya terdedah kemudian. Cara lain di mana keripik rosak adalah apabila bahan akibat kerosakan tersebar di permukaan semikonduktor, dan ini boleh mengakibatkan jalan konduksi alternatif.

Sebagai hasil dari fakta bahawa komponen mudah rosak oleh ESD, kebanyakan pengeluar menganggap semua semikonduktor sebagai peranti sensitif statik, dan seiring dengan ini banyak mengendalikan semua peranti termasuk komponen pasif seperti kapasitor dan perintang sebagai sensitif statik juga. Apabila melihat ini, mesti diingat bahawa kebanyakan peralatan yang dihasilkan secara besar-besaran hari ini menggunakan komponen permukaan yang dimensinya jauh lebih kecil daripada komponen tradisional dan ini menjadikannya jauh lebih mudah terkena kerosakan daripada ESD.

Tonton videonya: ESD Electrostatic Discharge Control - What is ESD? (Oktober 2020).